CN110508269B - 一种黑色二氧化钛基复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及黑色二氧化钛基复合材料技术领域，具体涉及一种黑色二氧化钛基复合材料的制备方法。本发明提供的黑色二氧化钛基复合材料的制备方法，包括如下步骤：将钛酸铝在无氧环境下加热分解得到氧化铝原位负载黑色二氧化钛基复合材料。通过本发明制备方法得到的黑色二氧化钛基复合材料，在无光照条件下具有高催化活性，同时对可见光还具有很好的光吸收，对有机染料和生活污水中的有机物等具有显著且稳定的降解效果，不会导致吸附脱附现象，有利于促进光催化水处理技术的应用和发展。
Description
技术领域
本发明涉及黑色二氧化钛基复合材料技术领域，具体涉及一种黑色二氧化钛基复合材料的制备方法。
背景技术
二氧化钛(TiO2)作为新一代的环境净化材料已得到广泛应用。TiO2其带隙约为3.2eV，只能在大于带隙能的光照条件下，才能发挥其光催化氧化技术。然而这部分带隙能的光照能量只能利用不到5％的太阳光谱的紫外光部分，造成了太阳光谱利用效率低下的问题。
2011年美国劳伦斯国家实验室和加州大学伯克利分校的科学家Samuel Mao等在《Science》上报道了一种低温制备黑色纳米二氧化钛(黑钛)的方法，制备出的黑色二氧化钛在可见光，甚至近红外光区域有很好的吸收效应，引起了极大关注。但在实际应用进行废水处理的过程中，单一相纳米二氧化钛粉末颗粒团聚严重，降低了催化剂的表面光催化活性，同时又不利于其回收和再利用，易造成二次污染，基于此，制备负载型光催化剂是解决纳米粉体TiO2的有效技术。由于多孔陶瓷具有较高的比表面积，常作为催化剂的载体，制备方法通常先采用液相法制备纳米二氧化钛粉末，然后以氧化铝、硅藻土、沸石、活性炭等为催化剂载体，在此基础上通过溶胶-凝胶法或水热法等对此进行浸渍、涂覆使其负载，再在一定的气氛条件下或采用TiH2、CaH2、NaBH4等还原物来制备负载黑色二氧化钛光催化剂，利用活性炭等载体的物理吸附与催化剂化学降解协同效应，可有效提高二氧化钛周围目标降解物的浓度，有利于加快光催化的降解。
虽然上述负载方法在一定程度上能够提高催化剂对目标降解物的降解率，但在实际应用的过程中会存在对样品的制备条件苛刻，产品产率低、不利于规模化大生产以及催化剂与其载体的粘结性不好，容易脱落等问题，且上述方法得到的催化剂的催化降解周期长，期间易导致吸附脱附现象，不利于光催化处理。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中黑色二氧化钛基催化剂的制备条件苛刻、产率低、催化剂与其载体的粘结性不好、催化降解周期长、且只能在光照条件下才具有催化效果的问题，进而提供一种黑色二氧化钛基复合材料的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种黑色二氧化钛基复合材料的制备方法，包括如下步骤：将钛酸铝在无氧环境下加热分解得到氧化铝原位负载黑色二氧化钛基复合材料。
优选的，所述加热分解温度为900-1100℃，加热保温时间为9-18h。
优选的，所述钛酸铝呈粉末状，其粒径<5μm。
优选的，在将所述钛酸铝加热分解之前，还包括将所述钛酸铝与粘结剂、造孔剂进行混合成型的步骤。
优选的，所述粘结剂的用量为所述钛酸铝的1-5wt％；
所述造孔剂的用量为所述钛酸铝的10-30wt％。
优选的，所述粘结剂选自聚乙烯醇溶液、淀粉、羧甲基纤维素溶液中的一种或几种；
所述造孔剂选自淀粉、碳粉、木屑、核桃壳粉中的一种或几种。
优选的，所述聚乙烯醇溶液中聚乙烯醇的浓度为1-8wt％，所述羧甲基纤维素溶液中羧甲基纤维素的浓度为1-8wt％。优选的，所述聚乙烯醇溶液中聚乙烯醇的浓度为5wt％，所述羧甲基纤维素溶液中羧甲基纤维素的浓度为2wt％。
优选的，所述无氧环境通过通入非氧气体来实现；
优选的，所述非氧气体选自N2、Ar、H2中的一种或几种。
优选的，所述无氧环境通过埋烧法来实现。
优选的，所述埋烧法采用的填充物为石墨粉和/或炭粉。在本发明中所述无氧环境通过填充物的埋烧来实现，优选的，通过石墨粉和/或炭粉埋烧来实现。具体的，本发明所述埋烧法包括如下步骤：将上述钛酸铝置于坩埚中，将坩埚至于匣钵中，并使用填充物填埋在坩埚的周围，在900-1100℃下加热煅烧所述匣钵以使所述钛酸铝在坩埚中发生分解，其中填埋在坩埚周围的填充物在高温条件下燃烧，消耗掉匣钵内的氧气，为钛酸铝的热分解营造了一个无氧环境。
优选的，所述钛酸铝通过湿化学法或固相法进行制备。在本发明中，所述钛酸铝的来源包括通过湿化学法或固相法制备得到，但不限于通过湿化学法或固相法来制备，所述钛酸铝也可为市售钛酸铝。
本发明还提供一种上述所述的制备方法制备得到的黑色二氧化钛基复合材料在有机染料处理和/或废水处理中的应用。
本发明有益效果：
1、本发明提供了一种黑色二氧化钛基复合材料的制备方法，包括如下步骤：将钛酸铝在无氧环境下加热分解得到氧化铝原位负载黑色二氧化钛基复合材料。本发明通过将钛酸铝在无氧环境下加热煅烧，钛酸铝分解，黑色二氧化钛基复合材料原位负载于多孔氧化铝(陶瓷)载体上，其得到的黑色二氧化钛基复合材料，在无光照条件下具有高催化活性，同时对可见光还具有很好的光吸收，对有机染料和生活污水中的有机物等具有显著且稳定的降解效果，不会导致吸附脱附现象，有利于促进光催化水处理技术的应用和发展。
本发明提供的制备方法，所制备的黑色二氧化钛基复合材料，其催化剂(黑色二氧化钛)与载体(多孔氧化铝)的粘结性好，不易脱落，这是由于原位负载可有效增强载体与其催化剂之间的粘结性。
本发明提供的制备方法，原料钛酸铝来源广泛，由于黑色二氧化钛基复合材料是固相原位负载生成，相对于现有的液相法、浸渍、涂覆等技术，其制备过程简单、生产成本低，适宜于产业化规模大生产，且所制备的黑色二氧化钛基复合材料在无光照条件下对有机染料和生活污水中的有机物的催化降解周期短。
2、本发明提供的黑色二氧化钛基复合材料的制备方法，进一步的，所述加热分解温度为900-1100℃，加热保温时间为9-18h。本发明在此加热温度和加热时间内，其得到的黑色二氧化钛基复合材料的催化性能更优。
3、本发明提供的黑色二氧化钛基复合材料的制备方法，进一步的，所述粘结剂的用量为所述钛酸铝的1-5wt％；所述造孔剂的用量为所述钛酸铝的10-30wt％。优选的，所述粘结剂选自聚乙烯醇溶液、淀粉、羧甲基纤维素溶液中的一种或几种；所述造孔剂选自淀粉、碳粉、木屑、核桃壳粉中的一种或几种。经研究发现，本发明通过添加上述用量的粘结剂和造孔剂，可进一步提高黑色二氧化钛基复合材料的催化性能。
4、本发明提供的黑色二氧化钛基复合材料的制备方法，进一步的，所述无氧环境通过通入非氧气体来实现；所述非氧气体选自N2、Ar、H2中的一种或几种。本发明通过上述方式、排除氧气，从而为钛酸铝分解营造一个无氧环境，在此环境下，可保证钛酸铝分解时，黑色二氧化钛基复合材料原位负载于多孔氧化铝(陶瓷)载体上，有利于提高黑色二氧化钛基复合材料的催化性能。
5、本发明提供的黑色二氧化钛基复合材料的制备方法，进一步的，所述无氧环境通过埋烧法来实现；优选的，所述埋烧法采用的填充物为石墨粉和/或炭粉。本发明通过石墨粉和/或炭粉进行埋烧，从而消耗掉钛酸铝周围的氧气，进而为钛酸铝分解营造一个无氧环境，在此环境下，可保证钛酸铝分解时，黑色二氧化钛基复合材料原位负载于多孔氧化铝(陶瓷)载体上，更有利于提高黑色二氧化钛基复合材料的催化性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例2中合成的钛酸铝粉体和钛酸铝热分解得到多孔氧化铝陶瓷原位负载黑色TiO2基复合材料的X射线衍射图谱；其中图1中，1为合成的钛酸铝粉体的X射线衍射图谱；2为钛酸铝热分解得到多孔氧化铝陶瓷原位负载黑色TiO2基复合材料的X射线衍射图谱。
图2为本发明实施例2得到的多孔氧化铝陶瓷原位负载黑色TiO2基复合材料的扫描电镜照片。
图3为本发明实施例1、实施例2所得到的多孔氧化铝陶瓷原位负载黑色TiO2基复合材料、对比例1所得到的复合材料和市售微米级锐钛矿型二氧化钛粉的紫外可见吸收光谱图。
图4为本发明实施例1和实施例2中制备得到的多孔氧化铝陶瓷原位负载黑色TiO2基复合材料无光照条件下降解罗丹明染料的降解率曲线图。
图5为本发明实施例1和实施例2中制备得到的多孔氧化铝陶瓷原位负载黑色TiO2基复合材料在可见光条件下降解罗丹明染料的降解率曲线图。
图6为本发明实施例1中合成的钛酸铝粉体和钛酸铝热分解得到多孔氧化铝陶瓷原位负载黑色TiO2基复合材料的X射线衍射图谱；其中图1中，1为合成的钛酸铝粉体的X射线衍射图谱；2为钛酸铝热分解得到多孔氧化铝陶瓷原位负载黑色TiO2基复合材料的X射线衍射图谱。
图7为本发明实施例1得到的多孔氧化铝陶瓷原位负载黑色TiO2基复合材料的扫描电镜照片。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
实施例1
本实施例提供一种黑色二氧化钛基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
1)称量固态二氧化钛粉末43.96g和氧化铝粉56.04g，以去离子水为溶剂，将二氧化钛粉末、氧化铝粉和去离子水混合形成浆料，采用行星球磨机球磨30min(其中二氧化钛粉末和氧化铝粉的总重量、氧化锆球磨子和去离子水的质量比为1:3:0.5)，然后将浆料烘干，将烘干后的浆料球磨粉碎放入氧化铝坩埚中，然后将装有浆料的坩埚在1450℃温度下进行煅烧，保温时间为2h，得到钛酸铝粉体，然后将合成的钛酸铝粉体球磨60min，并过筛200目后，得到粒径为0.66μm的钛酸铝粉末；
2)将步骤1)得到的粒径为0.66μm的钛酸铝粉末与淀粉(造孔剂)、浓度为5wt％的聚乙烯醇溶液均匀混合成型，其中淀粉的用量为钛酸铝粉末重量的20wt％，浓度为5wt％的聚乙烯醇溶液的用量为钛酸铝粉末重量的2wt％；
3)将步骤2)混合成型后的钛酸铝置于高温管式炉中，并向高温管式炉中通入氢气，以排除高温管式炉中的氧气，所述混合成型后的钛酸铝在高温管式炉中经1100℃加热煅烧，加热保温时间为18h下热分解得到多孔氧化铝陶瓷原位负载黑色TiO2基复合材料。
实施例2
本实施例提供一种黑色二氧化钛基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
1)称量固态二氧化钛粉末43.96g和氧化铝粉56.04g，以去离子水为溶剂，将二氧化钛粉末、氧化铝粉和去离子水混合形成浆料，采用行星球磨机球磨30min(其中二氧化钛粉末和氧化铝粉的总重量、氧化锆球磨子和去离子水的质量比为1:3:0.5)，然后将浆料烘干，将烘干后的浆料球磨粉碎放入氧化铝坩埚中，然后将装有浆料的坩埚在1450℃温度下进行煅烧，保温时间为2h，得到钛酸铝粉体，然后将合成的钛酸铝粉体球磨60min，并过筛200目后，得到粒径为0.66μm的钛酸铝粉末；
2)将步骤1)得到的粒径为0.66μm的钛酸铝粉末与淀粉(造孔剂)、浓度为5wt％的聚乙烯醇溶液均匀混合成型，其中淀粉的用量为钛酸铝粉末重量的20wt％，浓度为5wt％聚乙烯醇溶液的用量为钛酸铝粉末重量的2wt％；
3)将步骤2)混合成型后的钛酸铝置于坩埚中，将坩埚至于匣钵中，并使用炭粉填埋在坩埚的周围，在1100℃下加热煅烧所述匣钵以使所述混合成型后的钛酸铝在坩埚中发生分解，加热保温时间为18h下热分解得到多孔氧化铝陶瓷原位负载黑色TiO2基复合材料；在本实施例中填埋在坩埚周围的炭粉在高温条件下燃烧，消耗掉匣钵内的氧气，为钛酸铝的热分解制造了一个无氧环境。
实施例3
本实施例提供一种黑色二氧化钛基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
1)称量固态二氧化钛粉末43.96g和氧化铝粉56.04g，以去离子水为溶剂，将二氧化钛粉末、氧化铝粉和去离子水混合形成浆料，采用行星球磨机球磨30min(其中二氧化钛粉末和氧化铝粉的总重量、氧化锆球磨子和去离子水的质量比为1:3:0.5)，然后将浆料烘干，将烘干后的浆料球磨粉碎放入氧化铝坩埚中，然后将装有浆料的坩埚在1450℃温度下进行煅烧，保温时间为2h，得到钛酸铝粉体，然后将合成的钛酸铝粉体球磨60min，并过筛200目后，得到粒径为0.66μm的钛酸铝粉末；
2)将步骤1)得到的粒径为0.66μm的钛酸铝粉末与淀粉(造孔剂)、浓度为8wt％的羧甲基纤维素溶液均匀混合成型，其中淀粉的用量为钛酸铝粉末重量的20wt％，浓度为8wt％的羧甲基纤维素溶液的用量为钛酸铝粉末重量的1wt％；
3)将步骤2)混合成型后的钛酸铝置于高温管式炉中，并向高温管式炉中通入氮气，以排除高温管式炉中的氧气，所述混合成型后的钛酸铝在高温管式炉中经1100℃加热煅烧，加热保温时间为18h下热分解得到多孔氧化铝陶瓷原位负载黑色TiO2基复合材料。
实施例4
本实施例提供一种黑色二氧化钛基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
1)称量固态二氧化钛粉末43.96g和氧化铝粉56.04g，以去离子水为溶剂，将二氧化钛粉末、氧化铝粉和去离子水混合形成浆料，采用行星球磨机球磨30min(其中二氧化钛粉末和氧化铝粉的总重量、氧化锆球磨子和去离子水的质量比为1:3:1)，然后将浆料烘干，将烘干后的浆料球磨粉碎放入氧化铝坩埚中，然后将装有浆料的坩埚在1450℃温度下进行煅烧，保温时间为2h，得到钛酸铝粉体，然后将合成的钛酸铝粉体球磨60min，并过筛200目后，得到粒径为0.66μm的钛酸铝粉末；
2)将步骤1)得到的粒径为0.66μm的钛酸铝粉末与核桃壳粉(造孔剂)、淀粉均匀混合成型，其中核桃壳粉的用量为钛酸铝粉末重量的30wt％，淀粉的用量为钛酸铝粉末重量的5wt％；
3)将步骤2)混合成型后的钛酸铝置于高温管式炉中，并向高温管式炉中通入氩气，以排除高温管式炉中的氧气，所述混合成型后的钛酸铝在高温管式炉中经1100℃加热煅烧，加热保温时间为18h下热分解得到多孔氧化铝陶瓷原位负载黑色TiO2基复合材料。
实施例5
本实施例提供一种黑色二氧化钛基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
1)称量固态二氧化钛粉末43.96g和氧化铝粉56.04g，以去离子水为溶剂，将二氧化钛粉末、氧化铝粉和去离子水混合形成浆料，采用行星球磨机球磨30min(其中二氧化钛粉末和氧化铝粉的总重量、氧化锆球磨子和去离子水的质量比为1:3:0.5)，然后将浆料烘干，将烘干后的浆料球磨粉碎放入氧化铝坩埚中，然后将装有浆料的坩埚在1420℃温度下进行煅烧，保温时间为2.5h，得到钛酸铝粉体，然后将合成的钛酸铝粉体球磨30min，并过筛100目后，得到粒径为4.0μm的钛酸铝粉末；
2)将步骤1)得到的粒径为4.0μm的钛酸铝粉末与碳粉(造孔剂)、浓度为1wt％的羧甲基纤维素溶液均匀混合成型，其中碳粉的用量为钛酸铝粉末重量的10wt％，浓度为1wt％的羧甲基纤维素溶液的用量为钛酸铝粉末重量的5wt％；
3)将步骤2)混合成型后的钛酸铝置于坩埚中，将坩埚至于匣钵中，并使用石墨粉填埋在坩埚的周围，在1000℃下加热煅烧所述匣钵以使所述混合成型后的钛酸铝在坩埚中发生分解，加热保温时间为18h下热分解得到多孔氧化铝陶瓷原位负载黑色TiO2基复合材料；在本实施例中填埋在坩埚周围的石墨粉在高温条件下燃烧，消耗掉匣钵内的氧气，为钛酸铝的热分解制造了一个无氧环境。
实施例6
本实施例提供一种黑色二氧化钛基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
1)称量固态二氧化钛粉末43.96g和氧化铝粉56.04g，以去离子水为溶剂，将二氧化钛粉末、氧化铝粉和去离子水混合形成浆料，采用行星球磨机球磨30min(其中二氧化钛粉末和氧化铝粉的总重量、氧化锆球磨子和去离子水的质量比为1:3:0.5)，然后将浆料烘干，将烘干后的浆料球磨粉碎放入氧化铝坩埚中，然后将装有浆料的坩埚在1500℃温度下进行煅烧，保温时间为1.5h，得到钛酸铝粉体，然后将合成的钛酸铝粉体球磨50min，并过筛100目后，得到粒径为1.0μm的钛酸铝粉末；
2)将步骤1)得到的粒径为1.0μm的钛酸铝粉末与核桃壳粉(造孔剂)、淀粉均匀混合成型，其中核桃壳粉的用量为钛酸铝粉末重量的30wt％，淀粉的用量为钛酸铝粉末重量的1wt％；
3)将步骤2)混合成型后的钛酸铝置于高温管式炉中，并向高温管式炉中通入氩气，以排除高温管式炉中的氧气，所述混合成型后的钛酸铝在高温管式炉中经1000℃加热煅烧，加热保温时间为9h下热分解得到多孔氧化铝陶瓷原位负载黑色TiO2基复合材料。
实施例7
本实施例提供一种黑色二氧化钛基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
1)用干燥量筒量取26ml无水乙醇(分析纯)溶解7.503g九水硝酸铝(分析纯)，放在磁力搅拌器上，搅拌1.5h，用浓硝酸调节上述溶液PH为2；用经无水乙醇润洗的量筒量取3.4ml钛酸丁酯(化学纯)与1.0mL乙酰丙酮(分析纯)，将所述钛酸丁酯和乙酰丙酮缓慢倒入上述配置好的硝酸铝溶液中，在恒温70℃的磁力搅拌器上搅拌4h，得到淡黄色透明胶体，然后在空气中放置24h后于50℃烘箱中干燥2h得到干凝胶，并在烧成温度为1380℃，保温1h下煅烧得到钛酸铝粉体。然后将合成的钛酸铝粉体球磨60min，并过筛150目后，得到粒径为0.22μm的钛酸铝粉末；
2)将步骤1)得到的粒径为0.22μm的钛酸铝粉末与核桃壳粉(造孔剂)、淀粉均匀混合成型，其中核桃壳粉的用量为钛酸铝粉末重量的30wt％，淀粉的用量为钛酸铝粉末重量的1wt％；
3)将步骤2)混合成型后的钛酸铝置于坩埚中，将坩埚至于匣钵中，并使用炭粉填埋在坩埚的周围，在900℃下加热煅烧所述匣钵以使所述混合成型后的钛酸铝在坩埚中发生分解，加热保温时间为18h下热分解得到多孔氧化铝陶瓷原位负载黑色TiO2基复合材料；在本实施例中填埋在坩埚周围的炭粉在高温条件下燃烧，消耗掉匣钵内的氧气，为钛酸铝的热分解营造了一个无氧环境。
对比例1
本实施例提供一种二氧化钛基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
1)称量固态二氧化钛粉末43.96g和氧化铝粉56.04g，以去离子水为溶剂，将二氧化钛粉末、氧化铝粉和去离子水混合形成浆料，采用行星球磨机球磨30min(其中二氧化钛粉末和氧化铝粉的总重量、氧化锆球磨子和去离子水的质量比为1:3:0.5)，然后将浆料烘干，将烘干后的浆料球磨粉碎放入氧化铝坩埚中，然后将装有浆料的坩埚在1450℃温度下进行煅烧，保温时间为2h，得到钛酸铝粉体，然后将合成的钛酸铝粉体球磨60min，并过筛200目后，得到粒径为0.66μm的钛酸铝粉末；
2)将步骤1)得到的粒径为0.66μm的钛酸铝粉末与淀粉(造孔剂)、浓度为5wt％的聚乙烯醇溶液均匀混合成型，其中淀粉的用量为钛酸铝粉末重量的20wt％，浓度为5wt％的聚乙烯醇溶液的用量为钛酸铝粉末重量的2wt％；
3)将步骤2)混合成型后的钛酸铝置于高温管式炉中，不向高温管式炉中通入非氧气体，所述混合成型后的钛酸铝在高温管式炉中经1100℃加热煅烧，加热保温时间为18h下热分解得复合材料。
对比例2
本实施例提供一种二氧化钛基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
1)称量固态二氧化钛粉末43.96g和氧化铝粉56.04g，以去离子水为溶剂，将二氧化钛粉末、氧化铝粉和去离子水混合形成浆料，采用行星球磨机球磨30min(其中二氧化钛粉末和氧化铝粉的总重量、氧化锆球磨子和去离子水的质量比为1:3:0.5，然后将浆料烘干，将烘干后的浆料球磨粉碎放入氧化铝坩埚中，然后将装有浆料的坩埚在1450℃温度下进行煅烧，保温时间为2h，得到钛酸铝粉体，然后将合成的钛酸铝粉体球磨60min，并过筛200目后，得到粒径为0.66μm的钛酸铝粉末；
2)将步骤1)得到的粒径为0.66μm的钛酸铝粉末与淀粉(造孔剂)、浓度为5wt％的聚乙烯醇溶液均匀混合成型，其中淀粉的用量为钛酸铝粉末重量的20wt％，浓度为5wt％的聚乙烯醇溶液的用量为钛酸铝粉末重量的2wt％；
3)将步骤2)混合成型后的钛酸铝置于坩埚中，将坩埚至于匣钵中，不将炭粉填埋在坩埚的周围，所述混合成型后的钛酸铝在坩埚中经1100℃加热煅烧，加热保温时间为18h下热分解得到复合材料。
实验测试：
试验例一：
将实施例1-7和对比例1-2得到的复合材料作为催化剂在无光照条件下进行催化罗丹明染料降解实验：
量取浓度为20mg/l的罗丹明溶液50ml置于石英试管中，称取1g通过实施例1制备得到的多孔氧化铝陶瓷原位负载黑色TiO2基复合材料，将其添加到石英试管中，将该石英试管放入CEL-LAB500光化学反应器(北京中教金源)中，开启磁力搅拌，在无光照条件下暗反应20min，每隔5min取样5ml，样品经离心分离(4000rpm)10min后取上层清液利用紫外可见光分光光度计测其在553nm处的吸光度，通常用η＝A0-A/A0来计算罗丹明溶液的降解率，进而评价催化剂催化降解效果，其中，η表示加入催化剂后t时刻罗丹明溶液的降解率，A0表示罗丹明初始溶液在553nm处的吸光度，A表示t时刻罗丹明溶液在553nm处的吸光度。
通过实施例2-7制备得到的多孔氧化铝陶瓷原位负载黑色TiO2基复合材料以及通过对比例1-2制备得到的复合材料，其作为催化剂在无光照条件下进行催化罗丹明染料降解实验测试方法同实施例1。
结果如表1所示，其中实施例1和实施例2降解罗丹明染料的降解率曲线图如图4所示。
| 降解率(％) | |
| 实施例1 | 30.53 |
| 实施例2 | 99.00 |
| 实施例3 | 28.56 |
| 实施例4 | 23.68 |
| 实施例5 | 98.84 |
| 实施例6 | 25.23 |
| 实施例7 | 99.90 |
| 对比例1 | 15.34 |
| 对比例2 | 16.59 |
试验例二：
将实施例1和2得到的复合材料作为催化剂在可见光照条件下进行催化罗丹明染料降解实验：
量取浓度为20mg/l的罗丹明溶液50ml置于石英试管中，称取1g通过实施例1制备得到的多孔氧化铝陶瓷原位负载黑色TiO2基复合材料，将其添加到石英试管中，将该石英试管放入CEL-LAB500光化学反应器(北京中教金源)中，开启磁力搅拌，在氙灯光照(500W)条件下反应20min，每隔5min取样5ml，样品经离心分离(4000rpm)10min后取上层清液利用紫外可见光分光光度计测其在553nm处的吸光度，通常用η＝A0-A/A0来计算罗丹明溶液的降解率，进而评价催化剂催化降解效果，其中，η表示加入催化剂后t时刻罗丹明溶液的降解率，A0表示罗丹明初始溶液在553nm处的吸光度，A表示t时刻罗丹明溶液在553nm处的吸光度。
通过实施例2制备得到的多孔氧化铝陶瓷原位负载黑色TiO2基复合材料作为催化剂在可见光照条件下进行催化罗丹明染料降解实验测试方法同实施例1。
结果如表2所示，其中实施例1和实施例2降解罗丹明染料的降解率曲线图如图5所示。
| 降解率(％) | |
| 实施例1 | 92.68 |
| 实施例2 | 99.99 |
试验例三
量取10ml的含油生活污水100mg/l置于25ml石英试管中，称取1g通过实施例1制备得到的多孔氧化铝陶瓷原位负载黑色TiO2基复合材料，将其添加到石英试管中，将石英试管放入到CEL-LAB500光化学反应器(北京中教金源)中，开启磁力搅拌，在无光照条件下暗反应30min，每隔10min取样5ml，样品经离心分离(4000rpm)10min后取上层清液利用紫外可见光分光光度计测试溶液中的浓度，用η＝C0-C/C0计算任意暗反应时间的脱油率，其中，η是t时刻的污水脱油率，C0是含油生活污水的初始浓度，C是加入催化剂后t时刻含油生活污水的浓度，暗反应30min后，得到实施例1的脱油率为13.28％，按照上述方法测试实施例2制备得到的多孔氧化铝陶瓷原位负载黑色TiO2基复合材料作为催化剂对含油生活污水30分钟脱油率为90.35％。
Claims (10)
1.一种黑色二氧化钛基复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将钛酸铝在无氧环境下加热分解得到氧化铝原位负载黑色二氧化钛基复合材料；
在将所述钛酸铝加热分解之前，还包括将所述钛酸铝与粘结剂、造孔剂进行混合成型的步骤。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述加热分解温度为900-1100℃，加热保温时间为9-18h。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述钛酸铝呈粉末状，其粒径<5μm。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂的用量为所述钛酸铝的1-5wt%；
所述造孔剂的用量为所述钛酸铝的10-30wt%。
5.根据权利要求1或4所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂选自聚乙烯醇溶液、淀粉、羧甲基纤维素溶液中的一种或几种；
所述造孔剂选自淀粉、碳粉、木屑、核桃壳粉中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述无氧环境通过通入非氧气体来实现。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述非氧气体选自N2、Ar、H2中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述无氧环境通过埋烧法来实现。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述埋烧法采用的填充物为石墨粉和/或炭粉。
10.权利要求1-9任一项所述的制备方法制备得到的黑色二氧化钛基复合材料在有机染料处理和/或废水处理中的应用。
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2019
- 2019-08-23 CN CN201910784090.0A patent/CN110508269B/zh active Active
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110508269A (zh) | 2019-11-29 |
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